塑性成形原理1

1、材料成形原理材料成形原理C C Principle of Material Forming CPrinciple of Material Forming C材料工程学院2011.7 课程信息课程信息 n学时：学时：40学时学时n考试方式：考试方式：期末闭期末闭卷考试卷考试 平时成绩占总成绩平时成绩占总成绩30%n联系方式：工程实践中心联系方式：工程实践中心5-333 电话电话n主讲教师：黄英娜主讲教师：黄英娜 本课程的性质和教学目的本课程的性质和教学目的 n性质：性质：本课程是材料成形与控制工程专业（模本课程是材料成形与控制工程专业（模具技术方向教改班）的一门主要专业

2、基础课具技术方向教改班）的一门主要专业基础课n目的：目的： 金属产生塑性变形时在金属学和力学等方面有金属产生塑性变形时在金属学和力学等方面有着共同的基础和规律。因此，金属塑性成形原着共同的基础和规律。因此，金属塑性成形原理课程是研究和探讨金属在各种塑性加工过程理课程是研究和探讨金属在各种塑性加工过程中可遵循的基础和规律的一门学科。其目的在中可遵循的基础和规律的一门学科。其目的在于科学地、系统地阐明这些基础和规律，为学于科学地、系统地阐明这些基础和规律，为学习后续的工艺课程作理论准备，也为合理制订习后续的工艺课程作理论准备，也为合理制订塑性成形工艺规范及选择设备、设计模具奠定塑性成形工艺规范及选

3、择设备、设计模具奠定理论基础。理论基础。本课程的任务本课程的任务 n掌握金属塑性变形的物理基础，即掌握影响金属性能掌握金属塑性变形的物理基础，即掌握影响金属性能的主要因素及原理，掌握金属性能主要指标的测试方的主要因素及原理，掌握金属性能主要指标的测试方法；法；n掌握金属塑性力学的基础知识，即掌握金属塑性变形掌握金属塑性力学的基础知识，即掌握金属塑性变形体内的应力场、应变场、应力应变之间关系、塑性体内的应力场、应变场、应力应变之间关系、塑性变形时的力学条件等塑性理论基础知识。掌握塑性成变形时的力学条件等塑性理论基础知识。掌握塑性成形问题的几种主要解法（包括解析和数值解法）；形问题的几种主要解法（

4、包括解析和数值解法）；n掌握金属塑性成形时的金属流动规律和变形特点，分掌握金属塑性成形时的金属流动规律和变形特点，分析金属的基本成形工艺，以便确定合理的坏料尺寸和析金属的基本成形工艺，以便确定合理的坏料尺寸和成形工序；成形工序；n掌握对成形质量进行定性分析及提高成形质量的方法掌握对成形质量进行定性分析及提高成形质量的方法。 教材及参考书教材及参考书 n教材：教材：俞汉清主编、机械工业出版社出俞汉清主编、机械工业出版社出版，金属塑性成形原理，版，金属塑性成形原理，2008n参考书：参考书：汪大年主编，高等教育出版社，汪大年主编，高等教育出版社，金属塑性成形原理，金属塑性成形原理，1988 n参考

5、书：参考书：刘全坤主编，机械工业出版社，刘全坤主编，机械工业出版社，材料成形基本原理，材料成形基本原理，1995 n参考书：参考书：万胜狄主编，机械工业出版社，万胜狄主编，机械工业出版社，金属塑性成形原理，金属塑性成形原理，1995 要求要求 n作业必须按时交。作业必须按时交。n做好课堂笔记，本课程中将有部分补充做好课堂笔记，本课程中将有部分补充内容，要求大家记笔记。内容，要求大家记笔记。n要求上课前预习，本课程内容较难，且要求上课前预习，本课程内容较难，且内容多，课时少，信息量较大，要求大内容多，课时少，信息量较大，要求大家自觉预习。家自觉预习。 n遵守课堂纪律，有事请提前请假，不许遵守课堂

6、纪律，有事请提前请假，不许代请代请。主要内容主要内容 n金属微观变形机理与宏观性能金属微观变形机理与宏观性能n金属变形过程的力学分析金属变形过程的力学分析 n变形体力学的求解方法变形体力学的求解方法第一章：绪论第一章：绪论 n基本概念基本概念 n金属塑性成形方法金属塑性成形方法 n金属成形理论的发展金属成形理论的发展 n本课程的任务本课程的任务 1.1 1.1 基本概念基本概念 n塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。是指材料而不破坏其完整性的能力称为塑性。是指材料的永久变形能力。的永久变形能力。n弹性：材料的可恢复变形

7、的能力弹性：材料的可恢复变形的能力 n塑性成形：使材料在一定的外力作用下，利用塑性成形：使材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法，称为塑性成形（塑性加工或压力加工）方法，称为塑性成形（塑性加工或压力加工）n弹塑性：弹性弹塑性：弹性+ +塑性塑性 1.2 1.2 零件的机械制造方法零件的机械制造方法铸铸造造零零件件机机械械制制造造方方法法切切削削加加工工压压力力加加工工塑塑性性成成形形特特种种加加工工锻锻造造冲冲压压车车、铣铣、刨刨、磨磨、钻钻、铰铰、插插等等自自由由锻锻、模模锻锻拉拉深深、弯弯曲曲、冲冲裁裁、翻翻边边、拉

8、拉型型等等加工中心水切割铣床摩擦压力机铸造铸造切削加工种类切削加工种类ZT023数控低速走丝电火花线切割机数控低速走丝电火花线切割机8轴数控电火花高速小孔加工专用设备轴数控电火花高速小孔加工专用设备 该机床是为航空发动机制造业研制的专用设备，主要用于发动机中特殊材料工件空间位置复杂的深小孔加工1.3 塑性成形介绍n金属塑性成形的特点金属塑性成形的特点n塑性成形分类塑性成形分类金属塑性成形的特点金属塑性成形的特点n加工后组织性能得到改善和提高，经塑性成形，使其结构致密，组织改善n材料利用率高 ，主要依靠金属在塑性状态下的体积转移来实现n生产率高，如高速冲，400-1000次/每钟 n精度高，精密

9、塑性成形塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。 塑性成形分类（一）塑性成形分类（一）n按加工时工件的受力和变形方式n按被加工坯料的形状n按加工时工件的温度按加工时工件的受力和变形方式按加工时工件的受力和变形方式图例图例延伸延伸镦粗镦粗斜轧斜轧横轧横轧纵轧纵轧模锻模锻自由锻造自由锻造轧轧 制制锻锻 造造分类与分类与名称名称压压 力力基本受基本受力方式力方式基本压力加工变形方式基本压力加工变形方式按加工时工件的受力和变形方式按加工时工件的受力和变形方式图例图例反挤压反挤压正挤压正挤压剪切剪切弯曲弯曲拉伸成型拉伸成型冲压（拉延）冲压（拉延）拉拔拉拔挤压挤压分类分类与名与名称称剪力剪力弯矩弯矩

10、拉力拉力压力压力基本基本受力受力方式方式按加工时工件的受力和变形方式按加工时工件的受力和变形方式组合加工变形方式组合加工变形方式组组合合方方式式锻造轧制锻造轧制轧制挤压轧制挤压拉拔轧制拉拔轧制轧制弯曲轧制弯曲轧制剪切轧制剪切名名称称锻轧锻轧轧挤轧挤拔轧拔轧辊弯辊弯搓轧搓轧图图例例 按被加工坯料的形状一般将金属塑性成形分为块料成形（又称体积成形）和板料成形两大类。 塑性成形分类（二）塑性成形分类（二）塑塑性性成成形形金金属属成成形形锻锻压压理理论论块块料料成成形形冲冲压压理理论论板板料料成成形形非非金金属属成成形形塑塑料料、陶陶瓷瓷等等块料加工块料加工n轧制：型材、板材、管材n挤压：型材、管材或

11、零件n拉拔：棒材、管材和线材n自由锻：结构件n模锻：结构件挤压型材挤压型材挤压型材模具挤压型材模具飞边飞边工件工件下模下模上模上模锤锤砧台砧台模锻模锻轧板生产线轧板生产线自由锻自由锻精锻件精锻件环锻件、模锻件环锻件、模锻件复杂零件锻造复杂零件锻造挤压件挤压件工件工件驱动辊驱动辊导向辊导向辊蕊辊蕊辊端面辊端面辊环轧示意图环轧示意图板料成形板料成形板料成形一般称为冲压。它是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需零件。冲裁拉深弯曲翻边拉型落压喷丸折弯滚弯拉弯冲压胀形、旋压、管成形、超塑成形、蠕变典型冲压件典型冲压件蒙皮拉形蒙皮拉形飞豹拉弯件飞豹拉弯件灭火

12、燃油供氧环控数控弯管数控弯管 随着技术的发展，还不断产生新的塑性成形方法，例如：等温铸造、超塑 成形，这些都进一步扩大了塑性成形的应用范围。 塑性成形分类（三）塑性成形分类（三）塑性加工按成形时工件的温度成形时工件的温度还可以分为热成形、冷成形和温成形三类。主要区分指标：n再结晶温度：再结晶温度：钢的再结晶温度,与具体条件有关，一般再结晶温度大概是0.40.5Tmn回复温度：回复温度：0.10.3Tmn热成形：热成形：在再结晶温度以上进行的加工，如热锻、热轧、热挤压等。n冷成形：冷成形：在不产生回复和再结晶的温度以下进行的加工，如冷轧、冷冲压、冷锻、冷挤压等。n温成形：温成形：在介于冷、热成形

13、之间的温度下进行的加工，如温锻、温挤压 随着制造技术的不断发展，出现了组合工艺和一些新工艺。复合工艺n温温-冷复合成形：冷复合成形：利用温成形变形抗力低的优点进行大变形，随后用冷成形来进行整形n余热热处理：余热热处理：利用温成形或热成形后工件的热能直接进行热处理，控制变形后冷却，节省了热处理工序1.41.4问题的提出问题的提出n问题的提出问题的提出n板材、管材、型材、线材如何获得？板材、管材、型材、线材如何获得？n曲轴、叶片？曲轴、叶片？n汽车覆盖件、飞机蒙皮复杂形状如何成形？汽车覆盖件、飞机蒙皮复杂形状如何成形？n各种结构件？各种结构件？1.5 1.5 金属成形理论的发展金属成形理论的发展

14、n拉压试验 1912，Von Karman 大理大压缩实验压缩变形8%1964，P.W.Bridgman 拉伸（3 向应力）99% 求解方法求解方法主应力法上限法 UBET视塑性法FEM(Finite Element Method) 金属塑性成形理论是一门基于金属塑性变形的物理学、物理-化学、金属学与力学基础上的应用技术理论。 作为塑性成形理论的重要基础的塑性理论的形成与发展也经历了一百多年的历史。在此其间提出的一些经典理论与方法归列于下 1.61.6 金属塑性成形理论的发展概况金属塑性成形理论的发展概况1.61.6 金属塑性成形理论的发展概况金属塑性成形理论的发展概况n塑性力学塑性力学 法国工程师屈雷斯加（法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）1864提出最大剪提出最大剪应力屈服准则，应力屈服准则，德国米塞斯（德国米塞斯（Von Mises），），1913，Mises屈服准则屈服准则M.Levy 1871年，提出了应力应变增量关系年，提出了应力应变增量关系 Levy-MisesB.Saint-Venant 1870，应力应变速率方程，（塑性应力应变速率方程，（塑性流动方程）流动方程）M.levy H.Hencky .L.Prandtl 1923，平